Autoinducere

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 mai 2020; verificările necesită 7 modificări .

Autoinducția este fenomenul de apariție a unui EMF de inducție într-un circuit conductor [1] (într-un circuit) atunci când curentul care circulă prin circuit se modifică .

Când curentul din circuit se modifică proporțional [2] și fluxul magnetic prin suprafața delimitată de acest circuit [3] . O modificare a acestui flux magnetic, datorită legii inducției electromagnetice , duce la excitarea unei feme inductive în acest circuit .

Acest fenomen se numește auto-inducție . Este de remarcat faptul că acest concept este legat de conceptul de inducție reciprocă , fiind, parcă, cazul său special.

Direcția EMF de auto-inducție se dovedește întotdeauna a fi astfel încât atunci când curentul din circuit crește, EMF de auto-inducție împiedică această creștere (direcționată împotriva curentului), iar când curentul scade, acesta scade (co -dirijate cu curentul). Fenomenul de autoinducere se manifestă prin încetinirea proceselor de dispariție și instaurare a curentului [4] .

Când se compară puterea unui curent electric cu viteza în mecanică și inductanța electrică cu masa în mecanică, EMF de auto-inducție este similară cu forța de inerție .

Valoarea EMF de auto-inducție este proporțională cu rata de modificare a puterii curentului (alternant) : $i$

{\mathcal {E}}=-L{\frac {di}{dt}}

Coeficientul de proporționalitate se numește coeficient de autoinducție sau inductanța circuitului (bobină). $L$

Autoinducție și curent sinusoidal

În cazul unei dependențe sinusoidale a curentului care curge în timp prin bobină, EMF de auto-inducție din bobină este în decalaj față de curentul în fază cu (adică cu 90 °), iar amplitudinea acestui EMF este proporțională cu amplitudinea curentului , frecvența și inductanța ( ). La urma urmei, rata de schimbare a unei funcții este derivata ei prima și . $\pi /2$ ${\mathcal {E}}_{0}=L\omega I_{0}$ ${\frac {d\sin \omega t}{dt)}=\omega \cos \omega t=\omega \sin(\omega t+\pi /2)$

Pentru calculul circuitelor mai mult sau mai puțin complexe care conțin elemente inductive, adică spire, bobine etc. dispozitive în care se observă autoinducția, (în special, complet liniară, adică fără elemente neliniare [5] ) în în cazul curenților și tensiunilor sinusoidale, se utilizează metoda impedanțelor complexe sau, în cazuri mai simple, o versiune mai puțin puternică, dar mai vizuală a acesteia - metoda diagramelor vectoriale .

Rețineți că tot ceea ce este descris este aplicabil nu numai direct curenților și tensiunilor sinusoidale, ci și practic celor arbitrare, deoarece acestea din urmă pot fi aproape întotdeauna extinse într- o serie sau integrală Fourier și astfel reduse la cele sinusoidale.

În legătură mai mult sau mai puțin directă cu aceasta, putem aminti aplicarea fenomenului de auto-inducție (și, în consecință, inductori ) într-o varietate de circuite oscilatorii, filtre, linii de întârziere și alte diferite circuite de electronică și inginerie electrică.

Autoinducție și creșterea curentului

Datorită fenomenului de autoinducție într-un circuit electric cu o sursă EMF, atunci când circuitul este închis, curentul nu se stabilește instantaneu, ci după un timp. Procese similare apar și atunci când circuitul este deschis , în timp ce (cu o deschidere ascuțită) valoarea f.e.m. de auto-inducție poate depăși în acest moment semnificativ f.e.m. sursă.

Cel mai adesea în viața obișnuită este utilizat în bobinele de aprindere ale mașinii . Tensiunea tipică de aprindere la tensiunea bateriei de 12 V este de 7-25 kV. Cu toate acestea, excesul EMF în circuitul de ieșire peste EMF al bateriei aici se datorează nu numai unei întreruperi bruște a curentului, ci și raportului de transformare , deoarece cel mai adesea nu se utilizează o bobină inductor simplă, ci o bobina transformatorului, a cărei înfășurare secundară, de regulă, are de multe ori mai multe spire (adică, în majoritatea cazurilor, circuitul este ceva mai complex decât cel care ar fi pe deplin explicat prin auto-inducție; cu toate acestea, fizica sa funcționarea în această versiune coincide parțial cu fizica funcționării unui circuit cu o bobină simplă).

Acest fenomen este folosit și pentru a aprinde lămpi fluorescente într-un circuit tradițional standard (aici vorbim despre un circuit cu un inductor simplu - choke ).

În plus, fenomenul de auto-inducție trebuie să fie întotdeauna luat în considerare la deschiderea contactelor, dacă curentul trece prin sarcină cu o inductanță vizibilă: saltul rezultat în EMF poate duce la ruperea decalajului dintre contacte și/sau alte efecte nedorite, pentru a suprima, care în acest caz, de regulă, este necesar să se ia diverse măsuri speciale, de exemplu, pentru a instala o diodă în conexiune inversă în paralel cu bornele bobinei (choke).

Vezi și

Note

↑ Circuitul poate fi, de asemenea, multi-turn - în special, o bobină. În acest caz, precum și în cazul unui singur circuit, strict vorbind, circuitul trebuie închis (de exemplu, printr-un voltmetru care măsoară EMF), dar în practică, cu un număr (foarte) mare de spire, diferența în EMF într-un circuit complet închis și într-un circuit cu discontinuitate (geometric chiar mare în comparație cu dimensiunea bobinei) poate fi neglijabilă.
↑ Deoarece fluxul magnetic prin buclă este proporțional cu curentul din buclă. Pentru un circuit rigid subțire (pentru cazul în care această afirmație este exactă), proporționalitatea exactă este evidentă pe baza legii Biot-Savart , deoarece conform acestei legi vectorul de inducție magnetică este direct proporțional cu curentul, iar fluxul acestuia. vector (care se numește flux magnetic) printr-un fix (nu se modifică cu un contur rigid) suprafața este atunci și proporțională cu curentul. Formal, aceasta este scrisă ca o ecuație: , unde este fluxul magnetic, este coeficientul de auto-inducție , este curentul din circuit. $\Phi =LI$ $\Phi$ $L$ $eu$
↑ În cazul unei forme de contur complexe, de exemplu, dacă conturul este multi-turn (coil), suprafața delimitată de contur (sau, după cum se spune, „întinsă peste contur”) se dovedește a fi destul de complexă , ceea ce nu schimbă esența fenomenului descris. Pentru a simplifica înțelegerea cazului circuitelor cu mai multe spire (bobine), se poate considera (aproximativ) suprafața acoperită de o astfel de buclă ca fiind formată dintr-un set (stivă) de suprafețe, fiecare dintre acestea fiind acoperită de propria bobină individuală. .
↑ Kalașnikov S. G. , Electricitate, M., GITTL, 1956, cap. IX „Inducția electromagnetică”, p. 107 „Dispariția și stabilirea curentului”, p. 221 - 224;
↑ Elementele inductive în sine sunt liniare, adică se supun ecuației diferențiale liniare prezentate în articolul de mai sus. Cu toate acestea, în realitate această ecuație este valabilă doar aproximativ, astfel încât elementele inductive sunt liniare și numai aproximativ (deși uneori cu o precizie extrem de bună). De asemenea, în realitate, există abateri de la ecuația ideală care sunt de natură liniară (de exemplu, asociate cu deformații elastice ale bobinei într-o aproximare liniară).

Link -uri

Despre auto-inducere și inducerea reciprocă de la „Școala pentru electrician”